植物糙率不確定性特徵及其對水流泥沙運動的影響

《植物糙率不確定性特徵及其對水流泥沙運動的影響》是依託長沙理工大學，由胡旭躍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：植物糙率不確定性特徵及其對水流泥沙運動的影響
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡旭躍
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

天然河流中植物存在形成了特殊的水沙運動邊界條件，植物對泥沙運動和河流水力環境有重要的影響，河流、湖泊的生態修復、管理和整治等與之密切相關。本項目採用實驗研究、理論分析和計算相結合的方法進行研究。考慮水流、泥沙、植物各因素的不確定性，分析水流-泥沙-植物相互作用的力學機理。在室內水槽中進行含植物河流的水流泥沙運動的模型實驗，測量流量、水位、懸沙濃度、流場等，探討含植物河流的水流結構和紊動特性、泥沙運動特性等，分析植物對於泥沙推移運動、懸移質泥沙時－空分布情況等的影響，探討植物隨機特性對泥沙運動的影響。結合實驗研究和理論分析成果，引入不確定性理論，確定各參數的機率分布函式及參數取值，建立含植物河流糙率計算模型，探討植物特徵對泥沙運動影響的動力機制，對含植物河流泥沙運動進行深入分析研究，為河流生態修復和治理提供理論指導。

結題摘要

植物的存在對明渠水流運動產生重要影響，河流、湖泊的生態修復、管理和整治等與之密切相關。在天然渠道進行原型觀測，通過對兩條渠道的非淹沒植物和淹沒植物的原型觀測，分析了存在真實植物的水流運動特性。針對真實植物、圓棒、仿真植物、PVC薄片等材料，在變坡水槽中進行試驗，探討了水流-植物相互作用的力學機理。對於模擬植物，分析了不同寬高比、植物不同排列情況下的流速分布、紊動強度、雷諾應力等。對彎道而言，探討了植物不同排列情況下水流結構的變化情況。對於明渠中放置有塑膠圓棒或塑膠仿真植物的水流結構進行了試驗研究，與真實植物情況下的水流結構進行了比較。分析了植物非淹沒狀態和淹沒狀態下，明渠水流沿三個維度的流速分布特徵、紊動結構沿水深的分布特徵等。考慮到有植物明渠的流速分布和無植物情況下的差別，提出了適用於有植物情況下的包含尾流偏離項的對數流速分布，並利用試驗資料擬合了經驗公式。提出了等效當量植物附加濕周的概念，新的床面阻力則由植物附加濕周與原床面濕周共同產生，即水流所受的阻力由河床阻力、河岸阻力以及植物附加濕周面阻力三部分組成。結合實驗研究和理論分析成果，引入不確定性理論，確定各參數的機率分布函式及參數取值，套用蒙特卡洛方法建立含植物河流糙率計算模型，可以計算不同累積頻率的糙率值。研究成果提高了植物糙率不確定性的認識，可為河流生態修復和治理提供理論參考。